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磁性液体在倾角传感器中的应用

作　者: 韩琪
导　师: 张志力
学　校: 北京交通大学
专　业: 材料学
关键词: 磁性液体倾角传感器磁化强度黏度灵敏度
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
引　用: 2次
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内容摘要

本文拟从一个新的角度、采用新的手段进行倾斜角的测量研究,原理是利用磁性液体这一同时具有磁性和流动性的新型功能材料作为感测介质,利用其对由角度变化导致的微小磁场变化而发生感应的性质,进行倾斜角度的测量。由于倾斜角测量具有重要而特殊的意义,而磁性液体倾角传感器具有设备简单、反应灵敏、成本较低等突出优点,因此本课题的研究将在航空、航天、铁路、公路、石油开采等领域有着重要的意义和广泛的应用前景。论文首先对磁性液体的制备、倾角传感器的相关理论以及新型磁性液体倾角传感器的结构设计进行了阐述。在实验方面,通过XRD分析了制备磁性液体所用的Fe304粉末的物相,在激光粒度仪上进行了磁性液体颗粒粒度的测试,在旋转流变仪上进行了磁性液体流变性能的测试,得到了磁性液体一系列性能参数。然后在性能测试基础上,对磁性液体传感器模型在课题组自行研制的传感器测试平台上进行了测试实验,着重分析和讨论了磁性液体的饱和磁化强度、黏度、磁性液体体积等性能参数对所研制的磁性液体倾角传感器的输出结果的影响。实验结果表明：1)磁性液体的磁化强度和黏度是影响传感器性能尤其是灵敏度的重要参数,但它们的影响不具有一致性,而是相互制约,有一定的适用范围。2)一般情况下,磁化强度的影响大于黏度的影响,饱和磁化强度大,传感器的灵敏度变高。大于400Gs的磁性液体具有较好的传感器性能。3)磁性液体流变性能的影响比较复杂,影响磁性液体在响应时的流变特性。黏度低有利于传感器的响应,但黏度过低又导致饱和磁化强度的下降。4)对于相同结构参数的倾角传感器,磁性液体的体积影响着最佳倾角测量范围,注入1.5mL时磁性液体传感器磁性液体最佳测量范围约为10。-40。,2mL时约为0-20°。体积量越大,传感器的最佳倾角测量范围减小,但相应的灵敏度会增大。5)对所制的几种磁性液体传感器性能测试表明,相对机油基和煤油基磁性液体,酯基磁性液体由于较好的综合性能而具有良好的传感器输出特性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-23
  1.1 前言  11
  1.2 磁性液体发展概述  11-14
  1.3 磁性液体倾角传感器的发展和研究  14-22
    1.3.1 倾角传感器概述  14-16
    1.3.2 各种倾角传感器的比较及其优缺点  16-17
    1.3.3 磁性液体倾角传感器的研究现状  17-20
    1.3.4 磁性液体倾角传感器的原理及特点  20-22
  1.4 本文的研究目的和研究内容  22-23
    1.4.1 本文课题来源  22
    1.4.2 本文研究的目的与意义  22
    1.4.3 本文研究的主要内容  22-23
2 磁性液体的组成和性质  23-31
  2.1 磁性液体的组成  23-24
  2.2 磁性液体的稳定性  24-25
  2.3 磁性液体的磁化强度  25-26
  2.4 磁性液体的黏度  26-27
  2.5 磁性液体的密度及其它性质  27-28
  2.6 磁性液体的二阶浮力原理  28-29
  2.7 本章小结  29-31
3 磁性液体的制备  31-37
  3.1 共沉淀法制备Fe_3O_4纳米颗粒  31-32
  3.2 基载液及表面活性剂的选择  32-34
  3.3 本文所用几种磁性液体的制备过程  34-35
  3.4 本章小结  35-37
4 磁性液体倾角传感器的设计  37-47
  4.1 传感器结构设计原理  37-38
  4.2 传感器磁铁、外壳、线圈的选取  38-40
    4.2.1 永磁铁的选取  38-39
    4.2.2 传感器外壳的选取  39
    4.2.3 线圈的选取  39-40
  4.3 测试系统的设计  40-46
    4.3.1 传感器的输出电压  40-45
    4.3.2 信号采集电路的设计  45-46
  4.4 本章小结  46-47
5 磁性液体倾角传感器的测试和结果分析  47-79
  5.1 磁性液体材料性能分析  47-51
    5.1.1 Fe_3O_4粉末XRD图谱分析  47
    5.1.2 粒度分析  47-49
    5.1.3 磁性液体的流变性能  49-50
    5.1.4 所用磁性液体的性能指标  50-51
  5.2 输出结果的测试与处理  51-55
  5.3 饱和磁化强度对输出结果的影响  55-63
    5.3.1 相同基载液磁性液体的分析  55-59
    5.3.2 不同基载液磁性液体的分析  59-63
  5.4 黏度对输出结果的影响  63-70
    5.4.1 相同基载液磁性液体的分析  63-66
    5.4.2 不同基载液磁性液体的分析  66-70
  5.5 磁液体积对输出结果的影响  70-75
    5.5.1 相同基载液磁性液体的分析  70-72
    5.5.2 不同基载液磁性液体的分析  72-75
  5.6 与理论结果的对比和分析  75-78
  5.7 本章小结  78-79
6 结论  79-81
参考文献  81-85
作者简历  85-89
学位论文数据集  89

磁性液体在倾角传感器中的应用

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